CN107443382A - 工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，包括以下步骤：根据工业机器人的数控***，确定可补偿的结构参数误差；基于DH法建立误差模型，在误差模型中将不可补偿的结构参数误差强制置零，然后构建误差辨识方程；选取辨识位姿，控制工业机器人按照辨识位姿运动，记录工业机器人的关节转角和末端位置数据；根据关节转角和末端位置数据计算误差辨识方程，求解误差辨识方程得到结构参数误差；根据结构参数误差在工业机器人的数控***中修改相应的结构参数，以补偿结构参数误差。本发明具有如下优点：可以辨识和补偿工业机器人的减速比误差、耦合参数误差和DH参数误差，针对上述误差进行补偿可以达到更高的定位精度。

Description

工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法。

背景技术

随着机械制造、电子工程、自动控制等学科的发展，针对工业机器人技术领域的研究不断深入。当前，工业机器人已在航空航天、机械制造、生物医药、食品包装等诸多行业中发挥作用，广泛应用于焊接、搬运、喷涂、装配等工作中。在一些新兴领域，如全自动化工厂、人机协作、机器人配合机床实现全自动加工***等，工业机器人也扮演着重要角色，促进社会和经济的发展。

示教是工业机器人的一种重要工作方式，通过控制工业机器人到各个预定位置并记录下来，就可以在之后的工作中实现自动化运转，工业机器人在规定时间内到达各个预定位置进行工作。工业机器人一般具有较高的重复定位精度，即记录在一个位置时各个电机编码器的值，就可以在处于其他位置时控制各个电机到达记录值，回到记录的位置，从而实现较高精度的重复定位。目前，工业机器人要处理的一些任务逐渐复杂化，例如通过相机获取物***置信息进而控制机器人进行抓取，这些工作需要机器人具有较高的定位精度。然而，工业机器人的定位精度却一般较低，即主动控制机器人末端到达空间某一位置，实际到达位置与目标位置有一定误差。

定位误差的最主要原因来自于工业机器人的结构参数误差，包括DH(DenavitHartenberg)参数误差、减速比误差和耦合参数误差等。一般使用DH法对工业机器人建模，相邻连杆坐标系的关系用四个参数描述，分别为关节转角、关节距离、连杆长度和连杆扭角。DH参数如果存在误差，则运动学模型不准确，导致定位误差。

在工业机器人的每个关节中使用减速机连接电机和连杆，因此连杆的转动角度是电机转动角度除以减速比，如果在机器人数控***中减速比是不准确的，则实际的转角与目标转角会有偏差，从而也会导致定位误差。在一些工业机器人的机械结构中，第五关节和第六关节存在耦合，即当第五个关节转动的时候，即使没有给第六个关节发转动指令，第六个关节也会随着有一定角度的转动运动。耦合参数可用于描述这种情况，定义为第六个关节随着转动的角度除以第五个关节转动角度。在一些机器人数控***中，耦合参数可以控制第六个关节转动以补偿耦合的运动。如果耦合参数存在误差，则不能正好补偿耦合的运动，对定位造成误差。并且，在一些机器人数控***中，为了提高计算速度，部分DH参数值被固定，只有一部分DH参数值是可以修改的。这种情况下，如果通过标定辨识所有的DH参数误差，但只补偿其中一部分，则工业机器人的定位精度会有一定改善，但仍有提升空间。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，可以提升工业机器人的定位精度。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，包括以下步骤：S1：根据工业机器人的数控***，确定可补偿的结构参数误差；S2：基于DH法建立误差模型，即工业机器人结构参数误差与末端位置误差的映射关系，在所述误差模型中将不可补偿的结构参数误差强制置零，然后构建误差辨识方程；S3：选取辨识位姿，控制所述工业机器人按照所述辨识位姿运动，获取所述工业机器人的关节转角和末端位置数据；S4：根据所述关节转角和末端位置数据计算误差辨识方程，求解所述误差辨识方程得到结构参数误差；S5：根据所述结构参数误差在所述工业机器人的数控***中修改相应的结构参数，以补偿所述结构参数误差。

进一步地，所述可补偿的结构参数误差包括DH参数误差、减速比误差和耦合参数误差。

进一步地，所述工业机器人具有相互平行且相邻的两个关节，所述相互平行且相邻的两个关节对应的连杆坐标系的第一坐标轴平行，在4个DH参数中使用绕前一连杆坐标系的第二坐标轴的转动角度替代关节距离参数。

进一步地，所述选取辨识位姿的步骤包括：控制所述工业机器人的指定关节分别单独转动；根据抗干扰指标选择其他位姿。

进一步地，所述抗干扰指标为辨识矩阵的奇异值的几何平均数。

进一步地，所述测量仪器为激光跟踪仪或测量臂。

进一步地，使用最小二乘法求解所述误差辨识方程。

根据本发明实施例的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，可以辨识和补偿的结构参数误差包括DH参数误差、减速比误差和耦合参数误差，根据数控***在误差模型中将不可补偿的结构参数误差强制置零，辨识和补偿其他结构参数误差。该方法根据机器人数控***的设置进行误差辨识，相比于直接辨识所有DH参数误差但只补偿其中部分误差的方法，本方法可以达到更高的定位精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法的流程图；

图2是本发明实施例的工业机器人的结构示意图；

图3是本发明实施例的使用DH法建立的六自由度工业机器人的各连杆坐标系的示意图；

图4是本发明实施例的单个关节转动的TCP(Tool Center Point，工具中心点)轨迹示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述本发明。

图1是本发明一个实施例的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，包括以下步骤：

S1：根据工业机器人的数控***，确定可补偿的结构参数误差。

在本发明的一个实施例中，可补偿的结构参数误差包括DH参数误差、减速比误差和耦合参数误差。

在本发明的一个实施例中，工业机器人具有相互平行且相邻的两个关节，该相互平行且相邻的两个关节对应的连杆坐标系的第一坐标轴平行，在对应的4个DH参数中使用绕前一连杆坐标系的第二坐标轴的转动角度替代关节距离参数。

S2：基于DH法建立误差模型，即工业机器人结构参数误差与末端位置误差的映射关系，在误差模型中将不可补偿的结构参数误差强制置零，然后构建误差辨识方程。

S3：选取辨识位姿，控制工业机器人按照辨识位姿运动，使用测量仪器获取工业机器人的关节转角和末端位置数据。

在本发明的一个实施例中，选取辨识位姿的步骤包括：控制工业机器人的各个关节分别单独转动；根据抗干扰指标选择其他位姿。

进一步地，抗干扰指标为辨识矩阵的奇异值的几何平均数。

在本发明的一个实施例中，测量仪器为激光跟踪仪或测量臂。

S4：根据关节转角和末端位置数据计算误差辨识方程，使用最小二乘法求解误差辨识方程得到结构参数误差。

S5：根据结构参数误差在工业机器人的数控***中修改相应的结构参数，以补偿结构参数误差。

为使本领域技术人员进一步理解本发明，将通过以下实施例进行详细说明。

【实施例一】

本发明实施例的一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，可以分步辨识结构参数误差，所述工业机器人的各个关节为转动副或者移动副，在本实施例中，设为如图2所示的六自由度工业机器人，具有六个转动关节和一个操作工具。如图2所示，转动关节21、转动关节24和转动关节26的转轴在平面内且过两个三角形的共同顶点，转轴线分别平分两个三角形，转动关节22、转动关节23和转动关节25的转轴在垂直于平面的方向。

如图3所示，在工业机器人的第i个关节处建立第i-1连杆坐标系，沿着转轴方向建立z_i-1轴，与连杆固连。第i连杆坐标系的x_i轴的方向要同时垂直于z_i-1轴和z_i轴。相邻两个连杆坐标系间具有四个DH参数，连杆长度a_i，是z_i-1轴和z_i轴之间的距离；连杆扭角α_i，是z_i-1轴和z_i轴的夹角；关节距离d_i，是x_i-1轴和x_i轴之间的距离；关节转角θ_i，是x_i-1轴和x_i轴之间的夹角，θ_i＝θ_0,i+θ_i ^*，θ_0,i是机器人处于零位状态下相邻两连杆坐标系之间的关节转角，θ_i ^*是关节从零位开始实际转动过的角度。坐标使用右手坐标系，连杆扭角α_i的正方向以x_i轴正方向和右手螺旋准则建立；关节转角θ_i的正方向以z_i轴正方向和右手螺旋准则建立。相邻的连杆坐标系之间，可以通过平移和旋转实现变换，沿着z_i-1轴平移d_i，旋转θ_i；然后沿着x_i轴平移a_i，旋转α_i，可以实现从第i-1连杆坐标系到第i连杆坐标系的变换。从而可以得到在机器人基础坐标系下末端TCP(Tool Center Point)的位置。在本工业机器人中，转动关节22的转轴和转动关节23的转轴平行，使用绕y₂轴转动的角度β₂替换关节距离参数d₂。

相邻两连杆坐标系的齐次变换矩阵为

其中，S表示三角函数Sin，C表示三角函数Cos。

所述工业机器人结构参数误差的辨识与补偿方法包括以下步骤：

S1：根据机器人数控***，确定可补偿的结构参数误差，设定本实施例中可补偿的结构参数误差包括有六个电机的减速比误差，第五个关节和第六个关节间的耦合参数误差，DH参数中a₁,a₂,a₃,a₆，d₁,d₃,d₄,d₆和θ_0,i,i＝1,2…6的误差。

S2：在DH法的基础上建立误差模型，即工业机器人结构参数误差与末端位置误差的映射关系。先只考虑DH参数误差的作用，在每个关节，相邻连杆坐标系间的DH参数误差(δθ_i,δd_i,δa_i,δα_i),i＝1,3,4,5,6，和δθ₂,δβ₂,δa₂,δα₂导致的误差向量为

q_i＝(δa_i,δd_iSα_i+a_iδθ_iCα_i,δd_iCα_i-a_iδθ_iSα_i,δα_i,δθ_iSα_i,δθ_iCα_i)^T,i＝1,3,4,5,6

q₂＝(δa₂+a₂δθ₂Sα₂Sβ₂,a₂δθ₂Cα₂,-a₂δθ₂Sα₂Cβ₂+δa₂Sβ₂,

δα₂Cβ₂-δθ₂Cα₂Sβ₂,δβ₂+δθ₂Sα₂,δθ₂Cα₂Cβ₂+δα₂Sβ₂)

各个误差向量的综合作用下，在第0连杆坐标系中的误差向量表示为

其中，R_0,i是T_0,i的左上角3*3旋转矩阵，p_0,i是T_0,i第四列前三个元素，代表平移向量，p_0,iX是p_0,i的反对称矩阵。其中，T_0,i表示从第0连杆坐标系到第i连杆坐标系的变换矩阵，T_0,i＝T_0,1T_1,2...T_i-1,i。

设g_i＝[δθ_i,δd_i,δa_i,δα_i]^T,i＝1,3,4,5,6，为DH参数误差向量。则可以得到q_i＝G_ig_i，i＝1,3,4,5,6，

其中，系数矩阵

对于第二关节的DH误差向量g₂＝[δθ₂,δβ₂,δa₂,δα₂]^T，有q₂＝G₂g₂，

其中，系数矩阵

合并为矩阵形式为：

机器人末端TCP实际位置与理想位置的偏差为δp＝Lq_I，其中矩阵

[x,y,z]^T＝p_0,6，是TCP在第0连杆坐标系中的坐标。由此，可以建立各关节误差到终端位置误差的映射方程，

Hg＝δp，其中

误差映射矩阵H＝L[J_0,1G₁ J_0,2G₂ J_0,3G₃ J_0,4G₄ J_0,5G₅ J_0,6G₆]

考虑减速比误差作用，当工业机器人的一个关节单独转动时，如图4所示，P_j和P_j+1是TCP轨迹上的两个点，radius是圆弧半径，则对应的关节实际转动角度对应关节的减速比误差参数为θ_n ^*是数控***中关节的名义转动角度。通过计算减速比误差参数，可以得到实际的减速比其中r_n,i是数控***中的名义减速比。

考虑耦合参数误差的作用，耦合参数c_coup可以定义第为五个关节转动角度与所引起的第六个关节转动角度之比c_coupθ^* _5,nominalc_redu,5+θ^* _6,nominalc_redu,6＝θ^* _6,actual，其中，θ^* _5,nominal和θ^* _6,nominal分别是是第五个关节和第六个关节的名义转动角度，c_redu,5和c_redu,6是第五个关节和第六个关节的减速比误差参数。θ^* _6,actual是第六个关节的实际转动角度。通过求解H'g'＝δp'可以得到耦合参数。其中，H'＝L[J_4,5G₅ J_4,6G₆ J_4,6G_coup]，g'＝[g₅ ^T,g₆ ^T,c_coup]^T，δp'是第4连杆坐标系下末端位置误差。

G_coup＝[0 θ₅ ^*a₆Cα₆ -θ₅ ^*a₆Sα₆ 0 θ₅ ^*Sα₆ θ₅ ^*Cα₆]^T

在模型中将不可补偿的结构参数误差强制置零，即对于误差映射方程Hg＝δp，去除g中该元素和对应的映射矩阵H的列，构建为误差辨识方程Dw＝δp，D是辨识矩阵，与机器人名义结构参数和关节变量有关，w是结构参数误差向量，δp是机器人末端定位误差。

S3：抗干扰指标设定为辨识矩阵的奇异值的均方根，根据抗干扰指标选取辨识位姿，位姿个数要大于可补偿的DH参数个数的1/3，在本实施例中可选取为14。设定使用激光跟踪仪测量末端位置，在机器人末端安装靶球作为TCP点。先令六个关节各自单独转动，记录数控***中的名义转动角度值和测量得到的TCP位置信息，控制机器人运动到相应位姿，记录关节转角和末端位置数据；

S4：根据S2中计算减速比误差的方法和S3中的数据，计算实际减速比。使用第一个关节转动的数据，根据最小二乘法拟合平面，平面法向量为第0连杆坐标系z轴单位向量在激光跟踪仪下的表示，记为z_L。使用第二个关节转动的数据，根据最小二乘法拟合平面和圆，圆心位置记为p_L，是第0连杆坐标系原点在激光跟踪仪坐标系下的表示，平面法向量为第0连杆坐标系x轴单位向量在激光跟踪仪坐标系下的表示，记为x_L。根据右手坐标系计算即第0连杆坐标系y轴单位向量在激光跟踪仪坐标系下的表示。组成的矩阵表示点坐标从第0连杆坐标系到激光跟踪仪坐标系的变换矩阵。则T_LB＝T_BL ^-1表示点坐标从激光跟踪仪坐标系到第0连杆坐标系的变换矩阵，可以将激光跟踪仪所测量的位置点坐标数据转换到机器人第0连杆坐标系下表示。

根据六个关节各自单独转动的数据，计算实际的减速比。根据第五关节单独转动和第六关节单独转动的数据，计算耦合参数。

根据实际的减速比和耦合参数，处理S3中记录的数控***中的名义转动角度值，转换为实际转角值。

根据用抗干扰指标选取的辨识位姿数据，代入误差辨识方程，使用最小二乘法求解误差辨识方程得到DH参数误差。如果DH参数误差比较大，则需要将当前误差叠加到名义值上，作为新的名义DH参数值，建立误差辨识方程并进行求解。重复迭代至计算得到的DH误差向量模长很小时结束，可以设定为小于0.0000000001。

S5：在机器人的数控***中修改相应的结构参数，补偿辨识出的结构参数误差。

【实施例二】

本发明实施例的一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，可以同步辨识结构参数误差，所述工业机器人的各个关节为转动副或者移动副，在本实施例中，设为如图2所示的六自由度工业机器人，具有六个转动关节和一个操作工具。在图中所示状态，转动关节21、转动关节24和转动关节26的转轴在平面内且过两个三角形的共同顶点，转轴线分别平分两个三角形，转动关节22、转动关节23和转动关节25的转轴在垂直于平面的方向。

如图3所示，在工业机器人的第i个关节处建立第i-1连杆坐标系，沿着转轴方向建立z_i-1轴，与连杆固连。第i连杆坐标系的x_i轴的方向要同时垂直于z_i-1轴和z_i轴。相邻两个连杆坐标系间具有四个DH参数，连杆长度a_i，是z_i-1轴和z_i轴之间的距离；连杆扭角α_i，是z_i-1轴和z_i轴的夹角；关节距离d_i，是x_i-1轴和x_i轴之间的距离；关节转角θ_i，是x_i-1轴和x_i轴之间的夹角，θ_i＝θ_0,i+θ_i ^*，θ_0,i是机器人处于零位状态下相邻两连杆坐标系之间的关节转角，θ_i ^*是关节从零位开始实际转动过的角度。坐标使用右手坐标系，连杆扭角α_i的正方向以x_i轴正方向和右手螺旋准则建立；关节转角θ_i的正方向以z_i轴正方向和右手螺旋准则建立。相邻的连杆坐标系之间，可以通过平移和旋转实现变换，沿着z_i-1轴平移d_i，旋转θ_i；然后沿着x_i轴平移a_i，旋转α_i，可以实现从第i-1连杆坐标系到第i连杆坐标系的变换。从而可以得到在机器人基础坐标系下末端TCP(Tool Center Point)的位置。在本工业机器人中，转动关节22的转轴和转动关节23的转轴平行，对应两连杆坐标系间的4个DH参数中，使用绕y轴转动的角度β₂替换关节距离参数d₂。

相邻两连杆坐标系的齐次变换矩阵为

其中，S表示三角函数Sin，C表示三角函数Cos。

所述工业机器人结构参数误差的辨识与补偿方法包括以下步骤：

S1：根据机器人数控***，确定可补偿的结构参数误差，设定本实施例中可补偿的结构参数误差包括有六个电机的减速比误差，第五个关节和第六个关节间的耦合参数误差，DH参数中a₁,a₂,a₃,a₆，d₁,d₃,d₄,d₆和θ_0,i,i＝1,2…6的误差。

S2：在DH法的基础上建立误差模型，即工业机器人结构参数误差与末端位置误差的映射关系。先只考虑DH参数误差的作用，在每个关节，相邻连杆坐标系间的DH参数误差(δθ_i,δd_i,δa_i,δα_i),i＝1,3,4,5,6，和δθ₂,δβ₂,δa₂,δα₂导致的误差向量为

q_i＝(δa_i,δd_iSα_i+a_iδθ_iCα_i,δd_iCα_i-a_iδθ_iSα_i,δα_i,δθ_iSα_i,δθ_iCα_i)^T,i＝1,3,4,5,6

q₂＝(δa₂+a₂δθ₂Sα₂Sβ₂,a₂δθ₂Cα₂,-a₂δθ₂Sα₂Cβ₂+δa₂Sβ₂,

δα₂Cβ₂-δθ₂Cα₂Sβ₂,δβ₂+δθ₂Sα₂,δθ₂Cα₂Cβ₂+δα₂Sβ₂)

各个误差向量的综合作用下，在第0连杆坐标系中的误差向量表示为

其中，R_0,i是T_0,i的左上角3*3旋转矩阵，p_0,i是T_0,i第四列前三个元素，代表平移向量，p_0,iX是p_0,i的反对称矩阵。其中，T_0,i表示从第0连杆坐标系到第i连杆坐标系的变换矩阵，T_0,i＝T_0,1T_1,2...T_i-1,i。

设g_i'＝[δθ_i,δd_i,δa_i,δα_i]^T,i＝1,3,4,5,6，为DH参数误差向量。则可以得到q_i＝G_i'g_i'，i＝1,3,4,5,6，

其中，系数矩阵

对于第二关节的DH参数误差向量g₂'＝[δθ₂,δβ₂,δa₂,δα₂]^T，有q₂＝G₂'g₂'，

其中，系数矩阵

考虑减速比误差作用，δθ_i可以分解为零位误差δθ_0,i和减速比所引起的误差之和，即δθ_i＝δθ_0,i+c_r,i·θ_i ^*，其中θ_i ^*是关节转动的角度，c_r,i是减速比误差参数。实际的减速比r与当前数控***中的名义减速比r_n关系为r＝r_n(c_r,i+1)。

考虑耦合参数误差作用时，耦合参数c_coup可以定义为第五轴转动角度与所引起的第六轴转动角度之比c_coupθ^* _5,nominalc_redu,5+θ^* _6,nominalc_redu,6＝θ^* _6,actual，其中，θ^* _5,nominal和θ^* _6,nominal是第五个关节和第六个关节的名义转动角度，c_redu,5和c_redu,6是第五个关节和第六个关节的减速比误差参数。θ^* _6,actual是第六个关节的实际转动角度。

因此，在DH参数误差，减速比误差和耦合参数误差的综合作用下，各误差向量和系数矩阵为

g_i＝[c_r,i,δθ_i,δd_i,δa_i,δα_i]^T i＝1,3,4,5

g₂＝[c_r,2,δθ₂,δβ₂,δa₂,δα₂]^T

g₆＝[c_coup,c_r,i,δθ₆,δd₆,δa₆,δα₆]^T

合并为矩阵形式有

则机器人末端TCP实际位置与理想位置的偏差δp＝Lq_I，其中矩阵

[x,y,z]^T＝p_0,6，是TCP在第0连杆坐标系中的坐标。由此，可以建立各关节误差到终端位置误差的映射方程Hg＝δp，

其中误差映射矩阵H＝L[J_0,1G₁ J_0,2G₂ J_0,3G₃ J_0,4G₄ J_0,5G₅ J_0,6G₆]

在模型中将不可补偿的结构参数误差强制置零，即对于误差映射方程Hg＝δp，去除g中该元素和对应的映射矩阵H的列，构建为误差辨识方程Dw＝δp，D是辨识矩阵，与机器人名义结构参数和关节变量有关，w是结构参数误差向量，δp是机器人末端定位误差。

S3：抗干扰指标设定为辨识矩阵的奇异值的均方根，根据抗干扰指标选取辨识位姿，位姿个数要大于可补偿的结构参数个数的1/3，在本实施例中可选取为20。设定使用激光跟踪仪测量末端位置，在机器人末端安装靶球作为TCP点。先令前两个关节各自单独转动，记录数控***中的名义转动角度值和测量得到的TCP位置信息，再控制机器人运动到选取的相应位姿，记录关节转角和末端位置数据。

S4：使用第一个关节转动的数据，根据最小二乘法拟合平面，平面法向量为第0连杆坐标系z轴单位向量在激光跟踪仪下的表示，记为z_L。使用第二个关节转动的数据，根据最小二乘法拟合平面和圆，圆心位置记为p_L，是第0连杆坐标系原点在激光跟踪仪坐标系下的表示，平面法向量为第0连杆坐标系x轴单位向量在激光跟踪仪坐标系下的表示，记为x_L。根据右手坐标系计算y_L＝z_L×x_L，即第0连杆坐标系y轴单位向量在激光跟踪仪坐标系下的表示。组成的矩阵表示点坐标从第0连杆坐标系到激光跟踪仪坐标系的变换矩阵。则T_LB＝T_BL ^-1表示点坐标从激光跟踪仪坐标系到第0连杆坐标系的变换矩阵，可以将激光跟踪仪所测量的位置点坐标数据转换到机器人第0连杆坐标系下表示。

根据测量得到的位姿数据，代入误差辨识方程，使用最小二乘法求解误差辨识方程得到结构参数误差。如果结构参数误差比较大，则需要将当前误差叠加到名义值上，作为新的名义结构参数值，建立误差辨识方程并进行求解。重复迭代至计算得到的结构参数误差向量模长很小时结束，可以设定为小于0.0000000001。

S5：在机器人的数控***中修改相应的结构参数，补偿辨识出的结构参数误差。

根据本发明实施例的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，可以辨识和补偿的结构参数误差包括DH参数误差、减速比误差和耦合参数误差，根据数控***在误差模型中将不可补偿的结构参数误差强制置零，辨识和补偿其他结构参数误差。该方法根据机器人数控***的设置进行误差辨识，相比于直接辨识所有DH参数误差但只补偿其中部分误差的方法，本方法可以达到更高的定位精度。

另外，本发明实施例的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据工业机器人的数控***，确定可补偿的结构参数误差；

S2：基于DH法建立误差模型，即工业机器人结构参数误差与末端位置误差的映射关系，在所述误差模型中将不可补偿的结构参数误差强制置零，然后构建误差辨识方程；

S3：选取辨识位姿，控制所述工业机器人按照所述辨识位姿运动，获取所述工业机器人的关节转角和末端位置数据；

S4：根据所述关节转角和末端位置数据计算误差辨识方程，求解所述误差辨识方程得到结构参数误差；

S5：根据所述结构参数误差在所述工业机器人的数控***中修改相应的结构参数，以补偿所述结构参数误差。

2.根据权利要求1所述的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，其特征在于，所述可补偿的结构参数误差包括DH参数误差、减速比误差和耦合参数误差。

3.根据权利要求2所述的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，其特征在于，所述工业机器人具有相互平行且相邻的两个关节，所述相互平行且相邻的两个关节对应的连杆坐标系的第一坐标轴平行，在对应的4个DH参数中，使用绕前一连杆坐标系的第二坐标轴的转动角度替代关节距离参数。

4.根据权利要求1所述的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，其特征在于，所述选取辨识位姿的步骤包括：

控制所述工业机器人的指定关节分别单独转动；

根据抗干扰指标选择其他位姿。

5.根据权利要求4所述的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，其特征在于，所述抗干扰指标为辨识矩阵的奇异值的几何平均数。

6.根据权利要求1所述的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，其特征在于，使用激光跟踪仪或测量臂获取所述工业机器人的末端位置数据。

7.根据权利要求1所述的工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，其特征在于，使用迭代法或最小二乘法求解所述误差辨识方程。